CESNET vyvinul ve spolupráci s francouzskou společností Reflex CES akcelerační kartu pro 400Gb sítě

Praha 2. února 2022. Ve spolupráci s francouzskou společností Reflex CES vytvořilo sdružení CESNET jednu z prvních 400Gb FPGA akceleračních karet. Nová karta je primárně konstruována pro přesné monitorování sítě a pro aplikace zajišťující bezpečnost síťové infrastruktury. 

Díky nové generaci sběrnice PCI Express umožňuje karta přenést plnou kapacitu linky do paměti hostitelského počítače, a jednoduše tak rozdělit monitorovací a bezpečnostní funkce mezi hardware a software. V současné době nejsou komerčně dostupné servery, které by podporovaly nejnovější standard PCI 5.0. Nicméně i na tuto skutečnost návrh nové karty pamatuje. Karta je vybavena rozšiřujícím konektorem, který umožňuje přenášet data paralelně po dvou PCIe slotech, a dosáhnout tak požadované 400Gb rychlosti i v případě použití o něco dostupnějších PCIe 4.0 sběrnic.

„Je to jedna z nejsložitějších karet, kterou jsem navrhoval,“ říká hlavní hardwarový návrhář karty Jiří Sikora, který kromě sdružení CESNET působil řadu let v nadnárodní společnosti Flex Ltd.

Návrh monitorovací karty vychází z dlouholetých zkušeností sdružení CESNET v oblasti hardwarové akcelerace a rychlého zpracování síťového provozu. Už v roce 2015 vytvořil výzkumný tým ze sdružení CESNET a společnosti Netcope Technologies jednu z prvních 100Gb akceleračních karet, která získala o rok později cenu Česká hlava v kategorii Industrie. Další výzkum sdružení se soustředil na flexibilitu programování akceleračních karet pomocí jazyka P4 a na zvyšování rychlosti zpracování síťových dat na 400 Gb/s.

„Zpracování síťových dat na rychlosti 400 Gb/s přináší řadu problémů. Díky vysoké rychlosti přenášených dat může během jednoho cyklu hodin přijít hned několik paketů najednou. Abychom mohli zpracovávat data na takto vysokých rychlostech, bylo nutné vymyslet efektivní způsob paralelního zpracování, který na jedné straně umožňuje dosáhnout požadované rychlosti 400 Gb/s a na druhé straně efektivně pracuje s dostupnými hardwarovými zdroji v technologii FPGA,” konstatuje Jakub Cabal, který je vedoucím vývoje FPGA IP jader.

V rámci výzkumného projektu ministerstva vnitra s názvem Fokus, ale i díky několika dalším výzkumným projektům, se podařilo sdružení CESNET vytvořit základní sadu akceleračních jader pracujících na rychlosti 400 Gb/s.

„S využitím nové karty a akceleračních jader budeme schopni vytvářet nové monitorovací a bezpečnostní nástroje pracující na rychlosti 400 Gb/s,“ dodává Jan Kořenek, vedoucí výzkumného oddělení zajišťujícího vývoj monitorovacích a bezpečnostních nástrojů ve sdružení CESNET.

Společnost Reflex CES plánuje 400GE kartu dále nabízet svým zákazníkům s podporou FPGA návrhu ze strany společnosti BrnoLogic, spol. s r. o. Z prodeje každé prodané karty budou plynout sdružení CESNET licenční poplatky. Vývojem 400GE karty spolupráce mezi sdružením CESNET a společností Reflex CES nekončí. Díky dobře nastavené kooperaci a zkušenostem hardwarových návrhářů sdružení CESNET plánují už nyní obě organizace spolupráci na vývoji dalších produktů.

Technické detaily

Nová 400Gb FPGA akcelerační karta je vybavena jedním rozhraním 400Gb Ethernetu, Quad-core 64bit ARM Cortex-A53 procesorem s DDR4 pamětí a dvojicí slotů rychlých dynamických pamětí DDR4 s kapacitou až 2 x 32 GB a rozhraním PCIe 5.0. Vznik karty byl podpořen společností Intel prvními vzorky nových FPGA SoC čipů Agilex I-Series, které podporují nejen rozhraní 400Gb Ethernetu, ale také umožňují připojení na PCI Express sběrnici 5. generace (PCIe 5.0).

400GE akcelerační karta s technologií Intel Agilex I-Series FPGA

Sdružení CESNET bylo založeno v roce 1996 vysokými školami a Akademií věd ČR. Zabývá se výzkumem a vývojem informačních a komunikačních technologií, buduje a rozvíjí národní e-infrastrukturu CESNET určenou pro výzkum a vzdělávání. Díky svým výzkumným aktivitám a dosaženým výsledkům reprezentuje Českou republiku v důležitých mezinárodních projektech, zejména v budování panevropské sítě GÉANT či gridových projektech (EGI.eu), a podílí se aktivně na jejich realizaci. Sdružení pracuje i na využití vysokorychlostních sítí pro sdílení multimediálních dat, a to jak synchronně formou videokonferencí a sdílených aplikací, tak asynchronně formou streamingu. Od prosince 2020 zastupuje sdružení CESNET Českou republiku v mezinárodním sdružení zabývajícím se paradigmatem otevřené vědy – EOSC AISBL. Více na: www.cesnet.cz